本发明涉及可见光通信与射频通信领域，尤其涉及一种vlc/rf混合ofdm基带系统。
背景技术：
vlc(visiblelightcommunication，可见光通信)技术是指利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。随着人们对数据服务的需求不断增长，无线网络在不断地提升可提供的容量和频谱效率。然而，由于频谱资源有限，且大部分的频谱已经被授权占用，无线频段变得越来越拥挤。vlc作为新兴的无线通信技术，被寄予厚望。vlc使用极其丰富的未授权的频谱资源，可以在提供正常照明的同时，提供非常高速的通信链路，具有带宽大、绿色低碳、安全性高和低成本等优点。
rf(radiofrequency，无线射频)是指频谱范围在500mhz到38ghz之间的电磁波，在通信领域中常用于对信号进行调制传输。
ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用技术)是一种多载波调制技术，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(isi)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。它的调制和解调是分别基于ifft和fft来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。
在未来，随着可见光通信技术的推进，在室内会存在很多个vlc接入点和rf接入点，因此，vlc接入点的基带可以和rf接入点的基带进行融合，形成一个混合基带。在混合基带中，vlc和rf互为补充，利用各自的信道特性可以达到更高的容量和速率，从而提供更好的数据服务。
考虑到vlc与rf进行信号传输的方法不同，需要一种合适的混合基带设计方案与一种合适的ofdm方法来保证兼容性与稳定性。但是，目前还没有较为完善的方案。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种vlc/rf混合ofdm基带系统，可以提高基带性能，提升传输速率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种vlc/rf混合ofdm基带系统，包括：发射机基带与接收机基带；其中：
发射机基带，用于对输入的比特序列进行带宽功率分配与调制后输出不同符号，包含了vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号，vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号均通过混合ifft方式各自变换为一路hro-ofdm符号，两路hro-ofdm符号均经过并串转换后对应的传送到led与天线上向外发射；
接收机基带，用于接收两路hro-ofdm符号，通过串并转换与混合ifft方式获得相应的vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号，再通过解调与带宽功率合并处理后传输至比特信宿；同时，接收机基带还对rf链路与vlc链路中每个子载波进行信道估计并反馈给发射机基带，由发射机基带根据这些反馈信息调整带宽功率分配方式。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，可以实现vlc/rf混合ofdm基带的结构设计，提升基带的整体性能；同时，可以使得功率与带宽分配可以在rf链路与vlc链路中保持一定的平衡，在vlc链路由于可视范围受限造成衰减时，将vlc链路上的带宽分配到rf链路上，使得速率能保持在与单独的rf-ofdm基带为同一水平，避免了系统的性能下降。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种vlc/rf混合ofdm基带系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的hro-ofdm优化方法的原理图；
图3为本发明实施例提供的系统仿真场景示意图；
图4为本发明实施例提供的本发明方案与传统方案的性能分析图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种vlc/rf混合ofdm基带系统，可以用来解决vlc链路与rf链路在基带进行混合时遇到的问题，同时解决了在混合基带下ofdm的设计问题。系统主要结构如图1所示，适用于该基带系统的hro-ofdm(hybridofradioandopticalofdm，混合无线电光正交频分复用)优化方法的原理如图2所示，系统的仿真场景如图3所述。
参见图1，该基带系统主要包括两部分：发射机基带与接收机基带；其中：
发射机基带，用于对输入的比特序列进行带宽功率分配与调制后输出不同符号，包含了vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号，vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号均通过混合ifft方式各自变换为一路hro-ofdm符号，两路hro-ofdm符号均经过并串转换后对应的传送到led与天线上向外发射；
接收机基带，用于接收两路hro-ofdm符号，通过串并转换与混合ifft方式获得相应的vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号，再通过解调与带宽功率合并处理后传输至比特信宿；同时，接收机基带还对rf链路与vlc链路中每个子载波进行信道估计并反馈给发射机基带，由发射机基带根据这些反馈信息调整带宽功率分配方式。
本发明实施例中，所述发射机基带主要包括：带宽功率分配器、调制映射器、hermitian共轭模块、混合ifft模块、并串转换器、led与发射天线；其中：
所述带宽功率分配器，用于根据csi(channelstateinformation，信道状态信息)与用户带宽使用hro-ofdm优化方法算出应该使用的子载波数目与被选中的每个子载波需要分配的功率，再通过levin-campello算法计算出每个被选中的子载波上放置的比特长度；最后，将输入的比特序列拆分成不同的长度送往调制映射器；还用于结合接收机基带反馈的信道估计结果使用的hro-ofdm优化方法调整带宽功率分配方式；
所述调制映射器，用于识别不同长度的比特串，将不同长度的比特串调制成不同的符号，从而获得vlc链路传输的符号与rf链路传输的符号；
hermitian共轭模块，用于对vlc链路传输的符号进行hermitian共轭处理；
混合ifft模块，用于对调制映射器输出的rf链路传输的符号与hermitian共轭模块输出的vlc链路传输的符号分别进行ifft处理，输出两路hro-ofdm符号；
并串转换器，用于分别对两路hro-ofdm符号加上循环前缀，并做并串转换处理，最后对应的通过led与天线向外发射。
本发明实施例中，所述接收机基带主要包括：带宽功率合并器、解调解映射器、混合fft模块、串并转换器、光电二极管与接收天线；其中：
串并转换器，用于将光电二极管与接收天线接收到的两路hro-ofdm符号做串并转换与去除循环前缀处理后送入混合fft模块；
混合fft模块，用于对输入的两路数据分别做fft变换处理，获得两路hro-ofdm符号；
解调解映射器，用于通过解调方式将两路hro-ofdm符号还原成不同长度的比特串；还用于对rf链路与vlc链路中每个子载波进行信道估计；
带宽功率合并器，用于根据csi与用户带宽使用hro-ofdm优化方法计算出发射机基带中带宽功率分配器所采用的分配策略，并按照该分配策略将拆分的比特串合并成原始的比特序列。
本发明实施例中，带宽功率分配器与带宽功率合并器所使用的hro-ofdm优化方法如下：
本发明实施例中，反馈信道反馈的是当前的csi。由于发射机基带不知道csi，所以接收机基带需要将估计出的csi反馈给发射机。在具体实施中，操作如下：发射机基带发射训练序列(即一串双方已知的序列)至接收机基带，接收机基带通过解调解映射器计算出当前估计的csi。然后接收机基带通过rf链路将估计的csi发送至发射机基带，同时，相关的csi还直接发送给带宽功率合并器；之后，带宽功率分配器与带宽功率合并器就可以使用hro-ofdm优化方法。
发射机基带中的带宽功率分配器使用hro-ofdm优化方法计算出rf链路与vlc链路中最优的子载波并抛弃其余的子载波，之后为最优的子载波进行功率分配，最终，完成功率分配的子载波使用levin-campello算法将功率大小转换成比特数。
本发明实施例中，使用levin-campello算法将功率大小转换成比特数，也即使用levin-campello算法将每个子载波分配的功率大小转换成比特的个数(或者长度)，然后将输入的比特串进行拆分，拆分成不同个数(长度)分配给相应的子载波。
本发明实施例中，带宽功率分配器与带宽功率合并器都需要使用hro-ofdm优化方法。其原因在于，使用hro-ofdm优化方法的最终目的是为了得到每个子载波上应该被分配的比特个数(或者长度)。当带宽功率分配器通过反馈的csi使用hro-ofdm优化方法计算出每个子载波应该分配的比特个数(或者长度)时，带宽功率合并器无法得知发射机基带的计算结果，那么接收到的数据就无法还原成正确的比特序列。因此，带宽功率合并器也需要通过csi使用hro-ofdm优化方法计算出每个子载波应该分配的比特个数(或者长度)，以此来保证接收机能够正确的还原比特序列。
本领域技术人员可以理解，无论是发射机基带还是接收机基带都包含一套完整的通信基带，即发射机基带与接收机基带均具备数据收发功能，如同手机或者无线路由器一样，既可以发送数据也可以接收数据。
为了说明本发明的性能，还进行了性能仿真试验，其结果如图4所示。
仿真参数：空旷房间的面积为25平方米；光电二极管的有效检测面积为1平方厘米；发光二极管的半功率角为70度；接收机的可视范围为70度；室内墙壁的平均反射系数为0.63；发光二极管的截止频率为20mhz；室内多径数为4。
图4中横坐标为基带距离用户的直线距离，纵坐标为用户速率，该参数越大表明基带的性能越好，速率越高；图4上中参数b表示总带宽；带下标rf、vlc的参数b表示对应链接占用的带宽。在相同功率与带宽的情况下，本发明与传统的rf-ofdm基带以及传统的混合vlc/rf接入点系统进行比较。无论用户与基带的距离如何变化，本发明的性能一直保持最佳。同时，受益于所发明的hro-ofdm优化方法，本发明不像传统的混合vlc/rf接入点系统会在3.5米之后存在速率的衰减，hro-ofdm优化方法使得功率与带宽分配可以在rf链路与vlc链路中保持一定的平衡，在vlc链路由于可视范围受限造成衰减时，将vlc链路上的带宽分配到rf链路上，使得速率能保持在与单独的rf-ofdm基带为同一水平，避免了系统的性能下降。
因此，本发明实现了vlc/rf混合ofdm基带的结构设计，并能够通过hro-ofdm优化方法使得用户速率进一步提升，优于现有的rf-ofdm基带、vlc-ofdm基带以及传统的混合vlc/rf接入点系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。